具有远近视距引导的机械臂多工位精确对准技术

为提升机械臂系统对环境的感知能力,针对机械臂多工位精确对准问题,提出了一种具有远近视距引导的机械臂多工位对准技术。首先构造具有远近视距的两目视觉配置,并与机械臂构成Eye-in-hand视觉反馈系统。然后标定两目视觉的内外参数和手眼关系变换矩阵。通过离线先验局部对准方式,建立各工位的任务表。提出了三阶段对准策略,即多工位作业起始位姿获取、全局相机的初定位和局域相机的精对准,使得机械臂能在多个工位下实现末端工具与目标的精确对准。通过多位置孔轴对准实验验证了本文方法的可行性。单个孔位重复对准标准差角度不超过0.015°,位置不超过0.078 mm,三阶段对准实验结果表明,角度误差小于0.05°,位置误差小于0.17 mm。     

面向飞行机械臂的实时目标检测与定位算法

飞行机械臂要完成自主抓取的任务,对目标物的识别与定位尤为关键.当前飞行机械臂视觉识别算法多采用传统的特征提取等方法.为提升目标物识别及定位的精度和效率,本文设计了一种基于YOLOv5深度学习目标检测算法和RGB?D传感器的视觉识别与定位算法,该算法可以实时检测目标物并对其位姿进行估计,为飞行机械臂的抓取工作服务.同时针...     

基于多学科仿真模型的空间机械臂优化设计与应用

空间机械臂在载人航天活动中有着迫切的应用需求。航天器尺寸、质量等因素的限制使得空间机械臂具有大柔性、操作对象多以及负载变化大的特点，给机械臂的设计验证与任务验证均带来较大挑战。详细分析了空间机械臂设计验证及任务验证对多学科仿真模型的需求，完成空间机械臂多学科仿真模型建模、修正与验证工作，将修正后的仿真模型成功应用于后续中央控制器测试，在轨任务验证及数字机械臂的开发等多个方面，解决了空间机械臂任务验证的难题。     

空间机械臂力学模拟件的设计与优化

为降低机械臂进行地面力学实验时的成本,真实地反映机械臂的力学性能,提出一种机械臂等效力学特性的设计方法,并对机械臂力学模拟件的参数进行优化。根据机械臂的结构原理,对机械臂关节的轴承刚度、扭转刚度进行等效设计,通过目标达到法对机械臂力学模拟件的参数进行优化,将力学模拟件与机械臂各质量模块的质量、质心坐标、质心各方向转动惯量等关键参数进行对比并进行实验验证。结果表明,力学模拟件与机械臂各关节模块力学参数基本一致,力学模拟件能够满足实验要求,可降低力学环境实验成本。     

机身自动调姿方法及误差分析

提出了机身自动调姿方法.该调姿方法利用研发的调姿控制平台将激光跟踪仪跟踪测量、托架式自动定位器、精确控制系统和调姿集成软件系统有机结合起来,完成位姿信息采集、位姿解算、轨迹规划、运动学逆解、定位器自动定位,实现机身自动精确调姿.调姿过程中,跟踪仪自动跟踪测量位姿基准点,获得机身实时位姿,从而对调姿轨迹进行及时修正.利用微变换齐次变换矩阵,研究了各误差源与机身调姿误差的关系,对多个定位器误差进行了融合,误差分析为保证调姿精度提供了理论依据.初步工程验证表明:该调姿方法能有效降低机身调姿误差,提高总装精度和效率.     

考虑弹性变形的月面表取机械臂精度补偿方法

表取机械臂具有大跨度、低刚度的特点,静外力作用下杆件及关节容易发生较大弹性变形,影响机械臂末端绝对定位精度;同时,加工或装配造成的几何参数误差也会对末端绝对定位精度造成一定影响。为提高表取机械臂末端绝对定位精度,提出一种考虑弹性变形的表取机械臂精度补偿方法。首先,基于改进的Denavit-Hartenberg(Modified DH,MDH)模型对机械臂进行运动学建模并推导几何误差模型;其次,计算因杆件、关节弹性变形产生的杆件坐标系弹性误差,建立弹性误差与机械臂末端位置误差间的映射关系;然后,综合几何误差模型与弹性误差模型建立机械臂综合误差模型;最后,辨识机械臂几何参数,补偿机械臂末端位置误差。实验结果表明,该方法能够有效提高机械臂末端绝对定位精度。     

空间机械臂运动控制的地面仿真验证技术

空间机械臂是在轨进行舱外巡检、航天员辅助出舱的关键活动机构,其在轨操作的运动过程需要在地面进行预先规划生成运动控制指令,再通过数字仿真与推演对运动控制指令进行验证,以确保机械臂操作全程的安全性和高效性.针对上述问题,本文主要从运动空间限制、运动速度限制和关节力矩限制等方面设计了地面仿真验证框架,提出了基于运动学与动力学...     

空间机械臂智能规划与控制技术

随着空间探索的不断深入,人类从认识空间环境逐渐转向开发和利用空间资源,空间机械臂因其运动范围广、操作能力强等特点被广泛应用于空间探索活动.复杂的太空环境以及繁重的空间操控任务对空间机械臂的自主性与智能性提出了越来越高的要求.本文在概述空间机械臂的发展现状及其关键技术的基础上,对空间机械臂智能规划与控制技术展开综述,重点...     

自由浮动空间柔性机械臂在轨操作刚性载荷的组合控制

针对自由浮动空间柔性机械臂,讨论了在笛卡尔坐标系中机械臂对刚性载荷的轨迹跟踪控制和连杆柔性振动主动控制问题。基于拉格朗日法、假设模态法和系统动量守恒定律,推导了一种自由浮动空间柔性机械臂在轨操作刚性载荷的动力学方程。在此基础上,采用奇异摄动法将系统分解为慢变和快变两种尺度时标的子系统,设计模糊终端滑模控制器和Backstepping控制器分别对两个子系统进行控制,由此得到的组合控制使得机械臂按期望轨迹对刚性载荷进行精确在轨操作,同时抑制了柔性连杆的弹性振动。通过数字仿真验证了上述方法的有效性。     

特征自适应的飞机大型蒙皮曲面测量系统与测量规划

针对飞机蒙皮零件外形准确度要求高、制造尺寸大和外形复杂的特点,以及人工手动扫描测量工作量大、效率低的问题,搭建了基于移动机械臂的柔性测量系统,并提出一种特征自适应的多站位自动化扫描规划方法,以实现飞机大型蒙皮曲面的三维测量数据自动化采集。首先构建了柔性测量系统与待测对象坐标系变换模型,分析扫描规划与执行过程中数据的传递关系,并通过视觉定位实现系统相对位姿估计。然后通过特征敏感的扫描路径点生成、效率优化的扫描站位规划以及扫描轨迹规划,实现了基于扫描效率和扫描完整性约束的特征自适应扫描规划。最后,搭建了一个基于机械臂与移动平台的柔性测量系统,并以4个真实飞机零部件作为测量对象,从扫描效率与扫描完整性方面对所提出的自动化扫描方法与手动扫描方法进行对比,并设计试验进一步验证了系统测量精度,结果验证了所提方法替代手动扫描测量方法的可行性。     

Design of a Non-cooperative Target Capture Mechanism

A passive compliant non-cooperative target capture mechanism is designed to maintain the non-cooperative target on-orbit. When the relative position between capture mechanism and satellite is confirmed,a pair of four-bar linkages lock the docking ring,which is used for connecting the satellite and the rocket. The mathematical model of capture mechanism and capture space is built by the Denavit-Hartenberg(D-H)method,and the torque of each joint is analyzed by the Lagrange dynamic equation. Besides,the capture condition and the torque of every joint under different capture conditions are analyzed by simulation in MSC. Adams. The results indicate that the mechanism can capture the non-cooperative target satellite in a wide range. During the process of capture,the passive compliant mechanism at the bottom can increase capture space,thereby reducing the difficulty and enhance stability of the capture.     

多面体网型空间抓捕机构的设计与分析

提出一种面向空间服务需求的新型多面体网型空间抓捕机构,以3-RRS并联机构为本体,将其动平台用空间单闭环六杆机构Bricard机构替代,通过Bricard网口的缩放运动和本体的包拢变形对空间目标进行抓捕以及位置和姿态的调整。通过在ADAMS软件中进行仿真来验证其抓捕过程,并以仿真所得关节受力情况为基础,在ANSYS软件和I-DEAS软件中进行仿真分析,对所提出的多面体网型空间抓捕机构进行强度分析与热平衡分析的工作,确保其机械结构强度和对热环境的适应性能够满足实际使用的需求。理论分析和仿真试验结果表明:该机构可满足空间目标抓捕任务的需求。     

可重复使用飞行器脉动压力数值模拟研究

相对于传统火箭或导弹，可重复使用飞行器的脉动压力问题更为复杂、且相关研究较少。本文采用RANS/LES混合方法模拟了可重复使用飞行器在竖立状态、跨声速飞行、超声速飞行3类典型状态下的非定常流场，并提取了典型特征位置的脉动压力。计算结果显示，竖立状态下的脉动压力发生在背风区和分离点，声压级约115 dB，频率不超过1 Hz；跨声速飞行时的脉动压力发生在机翼和尾翼上的激波振荡区域，声压级高达140 dB，频率在10 Hz左右；超声速飞行时的脉动压力发生在飞行器机翼、副翼的下表面等迎风面上出现较强逆压梯度的区域，声压级也高达140 dB，频率约为22 Hz。此外，飞行器底部等容易发生分离的部位也是容易产生较强脉动压力的位置。     

Contact Tracking Control Strategy for Space Manipulator with Snare-Type End-Effector

The capture operation performed by a snare-type end-effector mainly relies on three flexible cables. This paper solves the dynamics modeling problems of flexible cable used in the snare-type end-effector and provides a contact tracking control strategy for the impact phase of snare capture. To describe the motion of flexible cable,a dynamics model is established by considering both tensile and bending resistance properties. On this basis,a virtual spring concept is introduced to represent the contact between flexible cables and the target grapple shaft,and a contact dynamics model is established approximately by polynomial function with the variables of penetration and start-end distance of flexible cable. Thereafter,a contact tracking control strategy is proposed to improve the reliability of space snare capture. The target grapple shaft and flexible cable can keep in contact at the initial contact point during the whole capture process and thus reduce the possibility of pushing the target away. Experiments are carried out to verify the effectiveness of the proposed method.     

曲外锥乘波前体进气道流量测量及实验与仿真对比研究

流量捕获特性是高超声速进气道的重要特性。针对一体化曲外锥乘波前体进气道，开展了流量特性精细测量分析以及实验与仿真对比研究。采用节流实验系统，在来流马赫数3.0、3.5和4.0，迎角-4°至6°和不同进锥位置上，获得了该型前体进气道的流量特性，分析了流量测量均方根误差。开展了来流马赫数4.0、迎角-4°~6°条件下的实验与仿真对比研究。研究结果表明:一体化曲外锥乘波前体进气道构型具有良好的流动捕获能力，在来流马赫数3.5、4.0和6.0以及迎角0°条件下，流量系数分别为0.60、0.68和1.00；在节流实验系统充分壅塞的条件下，流量测量均方根误差在2%以内；仿真所获流量特性随迎角变化的线性度较好，和实验结果的吻合度较高。     

风力机叶型增升技术

介绍了利用栅片改善风力机叶型大迎角下气动性能的研究结果。通过对风力机专用翼型的数值模拟,研究了栅片对翼型流动分离的控制效果,并在数值模拟结果的基础上对栅片进行基因算法优化。优化过程采用多岛基因算法,以N-S方程为控制方程,以升力最佳为目标,对栅片进行多参数优化。结果表明:栅片可以有效控制翼型的失速特性,抑制翼型大迎角下的流动分离,推迟失速攻角和增加升力;基因优化算法能更大地提升栅片的控制效果。     

车间管理与控制重用类库的实现

面向对象的思想几乎涉及到计算机应用的各个领域,软件重用的研究当然不例外。软件的重用正从传统面向过程的部件重用（ＲｅｕｓａｂｌｅＣｏｍｐｏｎｅｎｔ）向类重用转移。要对类进行重用,就必须对已设计好的类有效的管理。因而,建立面向特定领域适合的重用的类库就显得尤为重要。本文在探讨重用类库的结构及管理的基础上,以车间管理与控制为应用领域,分析了其中类及类间的关系,以大型数据库ＯＲＡＣＬＥ为工具,实现了类库的管理。     

片光反射遮挡式超高速亚毫米粒子探测技术

为满足在超高速碰撞靶上开展航天器抗空间碎片防护性能试验,需要准确测量速度3~10km/s,以及更高速度的毫米级或亚毫米级粒子的飞行速度,在可以实现毫米级粒子探测的片光遮挡式粒子探测技术基础上发展了片光反射遮挡式粒子探测技术,通过采用提高粒子直径与激光光束宽度的比值,解决了探测粒子直径小于1mm时探测信号弱不能识别等关键技术,研制了试验装置并开展了验证试验,研究结果表明该技术在0.2~10km/s速度范围内可实现直径为0.1mm量级粒子的有效探测.     

数控加工仿真和验证的关键算法

提出了一种快速显示数控加工仿真高质量真实感图形的近似方法。刀具运动扫掠体被划分成一些小区域，系统计算出每个小区域的法向量并将这些向量存储在一个件中。当显示加工动画时不必再计算毛坯表面小平面的法向量，仅仅需要计算是刀具的娜部分切削了该小平面，然后从件中读出对应的法向量。中还提出了一种高效率的NC加工代码验证方法。该方法先计算z方向的误差。如果发现某些点超差，在这些点附近系统自动对毛坯进行进一步细分，计算出表面法向量的误差。     

可重复使用热防护系统试验验证技术概述

主要针对高超音速飞行器三种典型可重复使用热防护系统概念,详细阐述了热防护系统试验验证技术国内外进展。国外所开展的热防护系统验证试验项目,主要包括热物理性能试验、力学性能试验以及在热、压、振动、噪声、大气暴露、雷击等极端环境下的TPS结构耐久性试验三大类。简要介绍了热防护系统验证试验的关键技术,分析了国内在热防护系统试验验证技术方面的技术需求,阐明了我国热防护系统试验验证技术未来发展方向。